二叉树链式结构的实现(递归的暴力美学!!)

前言

Hello,小伙伴们。你们的作者菌又回来了,前些时间我们刚学习完二叉树的顺序结构,今天我们就趁热打铁,继续我们二叉树链式结构的学习。我们上期有提到,二叉树的的底层结构可以选为数组和链表,顺序结构我们选用的数组,那我们就不难知道,二叉树的链式结构采用链表为底层结构。

1.实现链式二叉树

用链表来表示一颗二叉树,即用链表来表示元素之间的逻辑关系。通常的方法就是链表中的每一个节点有三个域组成,数据域和左右指针,左右指针分别用来给出该节点左右孩子所在的链接点的存储地址,数据结构的定义如下:

typedef int BTDataType;
// ⼆叉链
typedef struct BinaryTreeNode
{
struct BinaryTreeNode* left; // 指向当前结点左孩⼦
struct BinaryTreeNode* right; // 指向当前结点右孩⼦
BTDataType val; // 当前结点值域
}BTNode;

不要忘记,我们在实现数据结构时,都要先创建三个文件来使测试代码变得更加的方便:

为了更好的演示效果,我们就在Test.c文件中手动的创建几个节点

BTNode* BuyBTNode(int val)
{BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return NULL;} newnode->val = val;newnode->left = NULL;newnode->right = NULL;return newnode;
}  
BTNode* CreateTree()
{BTNode* n1 = BuyBTNode(1);BTNode* n2 = BuyBTNode(2);BTNode* n3 = BuyBTNode(3);BTNode* n4 = BuyBTNode(4);BTNode* n5 = BuyBTNode(5);BTNode* n6 = BuyBTNode(6);BTNode* n7 = BuyBTNode(7);n1->left = n2;n1->right = n4;n2->left = n3;n4->left = n5;n4->right = n6;n5->left = n7;return n1;}int main()
{BTNode* boot = CreateTree();return 0;
}

我们已经学习了链表,所以这里创建节点的操作我们就不再过多的赘述,因此,boot就是我们创建的这颗树的根节点。

接下来我们来回顾一下二叉树的概念,二叉树分为空树和非空树

 根节点的左子树和右子树分别有是有子树节点、子树节点的左子树和右子树组成,因此二叉树定义是递归式的,后续链式二叉树的操作中基本都是按照该概念实现的!!

1.1前中后序遍历

二叉树的操作离不开树的遍历,我们先来看看二叉树的遍历有哪些方式:

 1.1.1遍历的规则

按照规则,二叉树有:前中后续遍历的规则的递归结构遍历:

前序遍历:访问根节点的操作,发生在遍历其左右子树之前。

访问顺序:根节点、左子树、右子树。

中序遍历:访问根节点的操作发生在遍历其左右节点子树之间(间)

访问顺序:左子树、根节点、右子树

后序遍历:访问根节点的操作发生在遍历其左右子树的遍历之后

访问顺序:左子树、右子树、根节点

1.1.2 代码的实现

1.1.2.1 前序遍历(PreOrder)
void PreOrder(BTNode* root)
{
if (root == NULL)
{
printf("N ");
return;
} p
rintf("%d ", root->val);
PreOrder(root->left);
PreOrder(root->right);
}

这里我们就涉及到了之前学习函数栈帧的知识,我们可以通过图来理解

函数递归栈帧图:

 

最终我们测试可得:

可知这符合我们前序遍历的规则,因此我们就成功实现了前序遍历。

实现了前序遍历,其他的两个遍历就简单了,几乎和前序遍历一样,中后序遍历也沿用了递归的思想 

后面大家能否根据上面前序遍历的代码实现中序遍历和后序遍历呢?

大家不妨一试。

1.1.2.2中序遍历(InOrder)
void InOrder(BTNode* root)
{
if (root == NULL)
{
printf("N ");
return;
} 
InOrder(root->left);
printf("%d ", root->val);
InOrder(root->right);
}

1.1.2.3后序遍历(PostOredr)
v
oid PostOrder(BTNode* root)
{
if (root == NULL)
{
printf("N ");
return;
} I
nOrder(root->left);
InOrder(root->right);
printf("%d ", root->val);
}
 

有序他们之间的相似性,在代码上的差异也就只是不同行的代码顺序不一样,但是转化为后面的函数栈帧却又不小的差别。但在本质上,却还是大差不差!!

1.2节点个数以及高度等

1.2.1节点计数

// ⼆叉树结点个数
int BinaryTreeSize(BTNode* root);

我们来想一想,怎样才能达到我们的目的呢?

假设我们现在有这样的二叉树:
 

所以从上所述,我们就能够得出计数代码:

int BinaryNodeCount(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;return 1 + BinaryNodeCount(root->left) + BinaryNodeCount(root->right);}

 代码测试:

这里我们创建的是这样的二叉树。

可知这样我们就实现了二叉树节点的计数!!

 1.2.2二叉树叶子结点个数

// ⼆叉树叶⼦结点个数
int BinaryTreeLeafSize(BTNode*root)

有了前面写求所有节点个数的经验,其实这个不就不难了:

叶子结点,就是没有子节点的节点。即root->left = root->right = NULL.

所以在这里我们就有两种返回情况,当遍历到NULL时,我们返回0, 当递归到叶子结点时,我们就返回1。借助函数栈帧,就可以进行计数!!

接下来我们来实现一下这个代码:

//求二叉树叶子节点的个数
int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}if (root->left == NULL && root->right == NULL){return 1;}return BinaryTreeLeafSize(root->left) + BinaryTreeLeafSize(root->right);
}

我们可以先提前看看这颗二叉树有多少个叶子结点:

上面我们可以看出一共有3个没有子节点的节点,所以叶子结点的个数就是3

 

1.2.3 二叉树第K层的节点个数

// ⼆叉树第k层结点个数
int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k);

我们要得到二叉树第K层节点的个数,其实也并不难,我们还是通过画图的方式来解析过程。

假设我们要求的是第三层的节点数:

 代码实现:

int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k)
{if (root == NULL){return 0;}if (k == 1)return 1;return BinaryTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BinaryTreeLevelKSize(root->right, k - 1);
}

测试一下:

 1.2.4二叉树的深度/高度

//⼆叉树的深度/⾼度
int BinaryTreeDepth(BTNode* root);

在这里我们可以想出怎样的思路呢?

我们还是要先画图求证:

int BinaryTreeDepth(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;int leftDepth = BinaryTreeDepth(root->left);int rightDepth = BinaryTreeDepth(root->right);return leftDepth > rightDepth ? leftDepth + 1 : rightDepth + 1;
}

 代码测试:

 从上面我们事先创建的那棵树一样,树的深度为4.所以我们实现了我们的目的。

1.2.5二叉树查找置位x的节点

// ⼆叉树查找值为x的结点
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x);

这个操作也十分的简单,我们只需要遍历二叉树,找到与目标值相等的节点,我们就将其返回。

我们先看看实现代码:

// ⼆叉树查找值为x的结点
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{if (root == NULL)return NULL;if (root->val == x)return root;BTNode* left =BinaryTreeFind(root->left, x);if (left)return left;BTNode* right = BinaryTreeFind(root->right, x);if (right)return right;return NULL;
}

在这里我们还是要进行二叉树的左右子树遍历,但是我们为了提高效率,只要在一边找到了符合目标的节点我们就直接返回该节点!!

小伙伴们可以根据上面的知识,自行画出递归栈帧图。

我们来测试以下代码:

可知其成功的找到了,值为6的节点!! 

1.2.6 二叉树的销毁

// ⼆叉树销毁
void BinaryTreeDestory(BTNode** root);

销毁的逻辑也十分的简单了,通过了递归的操作,我们遍历所有不为NULL的节点并销毁,这里我们就直接写出代码,大家可以自己进行递归栈帧的推理:

void BinaryTreeDestory(BTNode** root)
{if (*root == NULL){return;}BinaryTreeDestory(&((*root)->left));BinaryTreeDestory(&((*root)->right));free(*root);*root = NULL;
}

代码测试:

进行销毁操作:

 2.代码展示

2.1Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"Tree.h"
BTNode* BuyBTNode(int val)
{BTNode* newnode = (BTNode*)malloc(sizeof(BTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return NULL;} newnode->val = val;newnode->left = NULL;newnode->right = NULL;return newnode;
}  
BTNode* CreateTree()
{BTNode* n1 = BuyBTNode(1);BTNode* n2 = BuyBTNode(2);BTNode* n3 = BuyBTNode(3);BTNode* n4 = BuyBTNode(4);BTNode* n5 = BuyBTNode(5);BTNode* n6 = BuyBTNode(6);BTNode* n7 = BuyBTNode(7);n1->left = n2;n1->right = n4;n2->left = n3;n4->left = n5;n4->right = n6;n5->left = n7;return n1;}int main()
{BTNode* root = CreateTree();PreOrder(root);printf("\n");InOredr(root);printf("\n");PostOrder( root);printf("\n");printf("TreeNodeCount: %d\n", BinaryNodeCount(root));printf("leafSize: %d\n", BinaryTreeLeafSize(root));printf("TreeLevelKSize: %d\n", BinaryTreeLevelKSize(root, 3));printf("TreeLevelDepth: %d\n", BinaryTreeDepth(root));BTNode* find = BinaryTreeFind(root, 6);printf("%s ", find == NULL ? "没找到" : "找到了!!");printf("返回节点的值为:%d\n", find->val);BinaryTreeDestory(&root);PostOrder(root);return 0;
}

2.2Tree.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<time.h>
#include<stdbool.h>
typedef int BTDataType;
// ⼆叉链
typedef struct BinaryTreeNode
{struct BinaryTreeNode* left; // 指向当前结点左孩⼦struct BinaryTreeNode* right; // 指向当前结点右孩⼦BTDataType val; // 当前结点值域
}BTNode;
//前序遍历
void PreOrder(BTNode* root);
//中序遍历
void InOredr(BTNode* root);
//后序遍历
void PostOrder(BTNode* root);
//计数二叉树的节点
int BinaryNodeCount(BTNode* root);
//求二叉树叶子节点的个数
int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root);
// ⼆叉树第k层结点个数
int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k);
//⼆叉树的深度/⾼度
int BinaryTreeDepth(BTNode* root);
// ⼆叉树查找值为x的结点
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x);
// ⼆叉树销毁
void BinaryTreeDestory(BTNode** root);

2.3Tree.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Tree.h"
void PreOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){return;}printf("%d ", root->val);PreOrder(root->left);PreOrder(root->right);
}
void InOredr(BTNode* root)
{if (root == NULL)return;InOredr(root->left);printf("%d ", root->val);InOredr(root->right);
}
void PostOrder(BTNode* root)
{if (root == NULL){return;}PostOrder(root->left);PostOrder(root->right);printf("%d ", root->val);
}
int BinaryNodeCount(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;return 1 + BinaryNodeCount(root->left) + BinaryNodeCount(root->right);}
//求二叉树叶子节点的个数
int BinaryTreeLeafSize(BTNode* root)
{if (root == NULL){return 0;}if (root->left == NULL && root->right == NULL){return 1;}return BinaryTreeLeafSize(root->left) + BinaryTreeLeafSize(root->right);
}
int BinaryTreeLevelKSize(BTNode* root, int k)
{if (root == NULL){return 0;}if (k == 1)return 1;return BinaryTreeLevelKSize(root->left, k - 1) + BinaryTreeLevelKSize(root->right, k - 1);
}
int BinaryTreeDepth(BTNode* root)
{if (root == NULL)return 0;int leftDepth = BinaryTreeDepth(root->left);int rightDepth = BinaryTreeDepth(root->right);return leftDepth > rightDepth ? leftDepth + 1 : rightDepth + 1;
}
// ⼆叉树查找值为x的结点
BTNode* BinaryTreeFind(BTNode* root, BTDataType x)
{if (root == NULL)return NULL;if (root->val == x)return root;BTNode* left =BinaryTreeFind(root->left, x);if (left)return left;BTNode* right = BinaryTreeFind(root->right, x);if (right)return right;return NULL;
}
void BinaryTreeDestory(BTNode** root)
{if (*root == NULL){return;}BinaryTreeDestory(&((*root)->left));BinaryTreeDestory(&((*root)->right));free(*root);*root = NULL;
}

好,今天的学习就到这里,我们下期再见,拜拜!!

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